Compiladores I Prof. Ricardo Santos (cap 1)

Transcrição

1 Compiladores I Prof. Ricardo Santos (cap 1)

2 Compiladores Linguagens de programação são notações que permitem descrever como programas devem executar em uma máquina Mas, antes do programa executar, deve primeiro ser traduzido em uma forma que pode ser inteligível por um computador O elemente que permite essa tradução é o compilador

3 Compiladores Basicamente, um compilador é um programa que lê um programa escrito em uma linguagem linguagem fonte e o traduz em um programa equivalente em uma linguagem alvo (linguagem de máquina) Uma função importante do compilador diz respeito à detecção e informe de erros que detecta no programa fonte durante o processo de tradução

4 Sistema de Processamento Em adição ao compilador, diversos outros programas podem ser requeridos para criar um programa na linguagem alvo Programa Fonte Preprocessor Programa fonte modificado Compiler Programa em assembly Assembler Código de máquina relocável Linker/Loader Arquivos de biblioteca Arquivos objetos relocáveis Código da Máquina Alvo

5 Sistema de Processamento Preprocessador: coleta os módulos, em arquivos separados, que compõem o programa fonte; Expande macros para as construções da linguagem fonte Compilador: a partir do resultado do preprocessador, produz um programa em linguagem assembly O assembler (montador) produz código de máquina relocável a partir da saída do compilador Relocação é o processo de atribuir endereços de de memória para as várias partes do programa e ajustar o código e dados no programa para refletir os endereços atribuídos O linker resolve endereços de memória externos ao programa fonte (referências a arquivos externos e/ou bibliotecas) O loader reserva espaço para armazenar o programa (completo) na memória e configura bits de proteção

6 A estrutura de um compilador Um compilador pode ser dividido em dois componentes principais: análise e síntese A análise (front end) recebe o programa fonte, verifica as partes constituintes desse programa e impõe uma estrutura gramatical sobre elas Cria uma representação intermediária desse programa fonte; Coleta informações sobre o programa fonte e as armazena em uma Tabela de Símbolos; Fornece mensagens indicando possíveis erros na sintaxe e/ou semântica do programa A síntese (back end) recebe uma representação intermediária do programa e constrói o programa para a máquina alvo O processo de compilação opera em uma seqüência de fases, onde, em cada fase, a representação do programa é modificada

7 A estrutura de um compilador Programa Fonte Analisador Léxico tokens Analisador Sintático Árvore sintática Análise front end compiler Tabela de Símbolos Analisador Semântico Árvore sintática Gerador de Código Intermediário Representação Intermediária Otimizador de Código Representação Intermediária Gerador de Código Código de máquina alvo Síntese back end compiler

8 A estrutura de um compilador Tabela de Símbolos: É uma estrutura de dados para armazenamento e recuperação de identificadores. Contém um registro (nome, atributo) para cada identificador. Deve ser projetada para pesquisar e recuperar registros rapidamente. Comumente implementada como tabelas de dispersão Analisador Léxico (scanner): Lê o fluxo de caracteres do programa fonte e agrupa esses caracteres em lexemas. Para cada lexema, o analisador produz um token na forma <nome_token, attributo_token> Analisador Sintático (parser): Usa os tokens para produzir uma representação na forma de árvore a fim de representar a estrutura gramatical do fluxo de tokens

9 A estrutura de um compilador Analisador Semântico: Utiliza a árvore sintática e a Tab. De Símbolos para verificar a consistência semântica do programa para a definição da linguagem Uma atividade importante aqui é a verificação de tipos Geração de código intermediário: Produz uma representação intermediária do programa fonte a partir da árvore sintática Uma representação intermediária bem conhecida é a representação de código de três endereços Otimização de código: Emprega algoritmos que procuram melhorar a qualidade do código intermediário visando gerar um código de máquina melhor (mais rápido e/ou menor) Atualmente, esta fase é cada vez mais complexa devido à complexidade das arquiteturas de computadores Geração de código: Recebe como entrada e representação intermediária e mapeia esse programa para a linguagem alvo (código de máquina) da máquina que deverá executar o programa

10 Exemplo Exemplo: Resultado da compilação do trecho de código a seguir em cada fase do compilador: posicao=inicial+taxa*60 Analisador Léxico Tab. de Símbolos 1 posicao 2 inicial 3 taxa <id, 1> <=> <id, 2> <+> <id, 3> <*> <60> Analisador Sintático <id, 1> = + <id, 2> * <id, 3> 60

11 Exemplom (cont.) <id, 1> = <id, 2> + * <id, 3> 60 Analisador semântico <id, 1> = <id, 2> + * <id, 3> inttofloat 60

12 Exemplo (cont.) <id, 1> = <id, 2> + * Gerador de Código Interm. <id, 3> inttofloat 60 t1=inttofloat(60) t2=id3*t1 t3=id2+t2 id1=t3 Otimizador de Código t1=id3*60.0 id1=id2+t1

13 Exemplo (cont.) t1=id3*60.0 id1=id2+t1 Gerador de Código lwf r2, id3 mulf r2, r2, #60.0 lwf r1, id2 addf r1, r1, r2 swf r1, id1

14 rotinas para construção de várias fases de um compilador. Ex: fenix Ferramentas para Construção de Compiladores Projetista/desenvolvedor de compiladores pode lançar mão de ferramentas de software para minimizar o tempo de desenvolvimento de um compilador. Algumas ferramentas comumente usadas incluem: Geradores de parsers: produzem automaticamente analisadores sintáticos a partir de uma descrição da gramática da linguagem. Ex: bison, yacc Geradores de scanners: produzem analisadores léxicos de uma descrição de expressões regulares. Ex: lex, flex Tradutores dirigidos a sintaxe: produzem rotinas para manipular árvores sintáticas e gerar código intermediário Geradores de gerador de código: produzem geradores de código a partir de regras para tradução da linguagem intermediária para a linguagem alvo Analisadores de fluxo de dados: conjuntos de algoritmos para coleta de informações sobre o fluxo de dados do programa Ferramentas para construção de compiladores: fornecem um conjunto integrado de

15 Observações finais A necessidade de utilização de compiladores aconteceu a partir da década de 50 com a linguagem FORTRAN Projeto da linguagem de programação e do compilador estão intimamente relacionados As fases de um compilador não são, necessariamente, seqüênciais Algumas fases podem não existir otimização de código O código objeto final pode ser gerado em linguagem de máquina ou então em linguagem de montagem (assembly); Neste último caso, será necessário ainda um montador Compiladores são de extrema importância para fazer arquiteturas de computadores utilizáveis Muitas arquiteturas utilizam compiladores para avaliar os conceitos arquiteturais antes do Hw ser efetivamente construído